JP6286537B2 - Nadir / zenith inertial pointing support for 2-axis gimbal - Google Patents

Nadir / zenith inertial pointing support for 2-axis gimbal Download PDF

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Description

ジンバル支持(gimbal mounts)は、アンテナ、カメラ、望遠鏡、砲塔などのシステムにおいて、正確な視線(LOS)ポインティングに用いられることが多い。一般的に、ジンバルは一以上の軸の周りで回転(pivot)できる支持構造(support structures)である。例えば、2軸ジンバルシステムは2つのジンバルを含み、各ジンバルは異なる直交した軸の周りで回転するように構成されている。外側ジンバルはベースプラットフォームに支持(mount)され、この支持点を通る軸の周りに回転できる。内側ジンバルは外側ジンバルに支持され、外側ジンバルの回転軸に垂直な軸の周りで回転できる。2軸ジンバルシステムはLOSポインティングに使われることが多く、高次ジンバルシステムより多く、これは操作が容易でコストが低いことによる。   Gimbal mounts are often used for accurate line-of-sight (LOS) pointing in systems such as antennas, cameras, telescopes, and turrets. In general, gimbals are support structures that can pivot around one or more axes. For example, a two-axis gimbal system includes two gimbals, each gimbal being configured to rotate about a different orthogonal axis. The outer gimbal is mounted on the base platform and can rotate about an axis through this support point. The inner gimbal is supported by the outer gimbal and can rotate about an axis perpendicular to the axis of rotation of the outer gimbal. Two-axis gimbal systems are often used for LOS pointing and more than higher order gimbal systems because of their ease of operation and low cost.

しかし、2軸ジンバル(例えば、エレベーション天頂ジンバル)をエレベーション+90°(「天頂」)とエレベーション−90°(天底)にポイントしようとすると、制御問題が生じる。特に、ジンバルの天頂および天底において、LOSは回転のアジマス軸と平行である。結果として、アジマス軸の周りの回転ではLOSは動かない。このアジマスポインティング制御が失われることは、「ジンバルロック(gimbal lock)」と呼ばれる現象の一例である。アジマスポインティング制御は、ジンバルが可動プラットフォームに取り付けられると、さらに複雑になる。特に、プラットフォームの動きによりジンバルLOSはその位置がジンバル軸による動きとは独立に動く。したがって、ジンバル軸は、LOSを安定させるために、プラットフォームのベース運動に対応して動かなければならない。ジンバルの天頂/天底またはその近くにおいて2軸ジンバルシステムのLOSポインティングを安定化する制御系が開発されているが、これらの制御系はアジマスポインティング制御において依然として大きな誤差を生じる。したがって、エレベーションの天底/天頂の近くにおける2軸ジンバルポインティングシステムにおけるアジマス制御をする改善されたシステム及び方法が必要である。   However, control problems arise when attempting to point a biaxial gimbal (eg, an elevation zenith gimbal) to elevation + 90 ° (“zenith”) and elevation −90 ° (nadir). In particular, at the zenith and nadir of the gimbal, the LOS is parallel to the azimuth axis of rotation. As a result, the LOS does not move with rotation around the azimuth axis. The loss of this azimuth pointing control is an example of a phenomenon called “gimbal lock”. Azimuth pointing control is further complicated when the gimbal is attached to a movable platform. In particular, the position of the gimbal LOS moves independently of the movement of the gimbal axis due to the movement of the platform. Therefore, the gimbal axis must move in response to the base movement of the platform in order to stabilize the LOS. Control systems have been developed that stabilize the LOS pointing of the two-axis gimbal system at or near the gimbal zenith / nadir, but these control systems still produce significant errors in azimuth pointing control. Therefore, there is a need for an improved system and method for azimuth control in a two-axis gimbal pointing system near the nadir / zenith of the elevation.

一実施形態では、視線(LOS)のポインティングをするアジマスポインティングの方法を提供する。該方法は、アジマスジンバル、エレベーションジンバル、及び視線を有し、可動プラットフォームに運動可能に結合された2軸ジンバルにおいて、前記可動プラットフォームの動きによる、前記視線の慣性フレームにおける前記可動プラットフォームの加速と、前記可動プラットフォームの動きによる、前記プラットフォームに対する前記アジマスジンバルの加速とを測定するステップを含む。また、該方法は、一以上のプロセッサが、前記2軸ジンバルに運動可能に結合され、前記視線の光路に配置された2軸ポインティングデバイスの偏向を命じる第1のコマンド信号を生成するステップを含む。第1のコマンド信号は、前記可動プラットフォームの測定された加速と、前記アジマスジンバルに対する相対的な目標の動きを表す加速レートコマンドとに基づく。また、該方法は、前記第1のコマンド信号に応じて前記2軸ポインティングデバイスの偏向を、前記視線慣性フレームにおいて測定するステップを含む。該方法はさらに、前記一以上のプロセッサが、前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記アジマスジンバルの測定された加速とに基づき、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第2のコマンド信号を生成するステップを含む。   In one embodiment, a method of azimuth pointing for line of sight (LOS) pointing is provided. The method includes: accelerating the movable platform in an inertial frame of the line of sight by movement of the movable platform in a two-axis gimbal having an azimuth gimbal, an elevation gimbal, and a line of sight, and movably coupled to the movable platform; Measuring acceleration of the azimuth gimbal relative to the platform due to movement of the movable platform. The method also includes the step of one or more processors generating a first command signal that is movably coupled to the biaxial gimbal and directs deflection of a biaxial pointing device disposed in the optical path of the line of sight. . The first command signal is based on a measured acceleration of the movable platform and an acceleration rate command representing a target movement relative to the azimuth gimbal. The method also includes measuring a deflection of the biaxial pointing device in the sight inertia frame in response to the first command signal. The method further includes the one or more processors generating a second command signal to command the deflection of the azimuth gimbal based on the deflection of the biaxial pointing device and the measured acceleration of the azimuth gimbal. including.

別の実施形態では、該方法は、次のもののうち一以上を、単体でまたは組み合わせて含んでいてもよい。前記第1と第2のコマンド信号は、前記エレベーションジンバルが、選択された角度に向いている時に生成される。前記第2のコマンド信号を生成するステップはさらに、相対的な目標の動きに基づき前記第2のコマンド信号を生成するステップを含む。前記方法は、さらに、前記一以上のプロセッサが、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第3のコマンド信号を生成するステップを含む。第3のコマンド信号は、前記アジマスジンバルと前記第2のコマンド信号とに基づき、前記アジマスジンバルが前記第3のコマンド信号の受け取ると、前記アジマスジンバルは前記2軸ポインティングデバイスの偏向の少なくとも一部に対応するように動く。また、該方法は、前記一以上のプロセッサが、前記第3のコマンド信号に応じて、前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記アジマスジンバルの偏向とに基づき更新された相対的目標の動きを生成するステップを含む。前記第1のコマンド信号を生成するステップはさらに、前記可動プラットフォームの加速と、前記目標加速とを、前記2軸ポインティングデバイスの参照フレームに変換するステップとを有する。前記第2のコマンド信号を生成するステップはさらに、前記アジマスジンバルの加速を、前記可動プラットフォームの基準フレームにおけるアジマスジンバル角に変換するステップと、前記2軸ポインティングデバイスの偏向を、前記2軸ポインティングデバイスの基準フレームから前記可動プラットフォームの基準フレームにおける前記2軸ポインティングデバイスの偏向に変換するステップとを含む。   In another embodiment, the method may include one or more of the following, alone or in combination. The first and second command signals are generated when the elevation gimbal is oriented at a selected angle. The step of generating the second command signal further includes the step of generating the second command signal based on a relative target movement. The method further includes the step of the one or more processors generating a third command signal that commands deflection of the azimuth gimbal. A third command signal is based on the azimuth gimbal and the second command signal, and when the azimuth gimbal receives the third command signal, the azimuth gimbal is at least part of the deflection of the biaxial pointing device. It moves to correspond to. The method further includes the one or more processors generating an updated relative target motion based on the deflection of the biaxial pointing device and the deflection of the azimuth gimbal in response to the third command signal. Including the steps of: The step of generating the first command signal further comprises the step of converting the acceleration of the movable platform and the target acceleration into a reference frame of the two-axis pointing device. The step of generating the second command signal further includes converting acceleration of the azimuth gimbal into an azimuth gimbal angle in a reference frame of the movable platform, and deflecting the biaxial pointing device to the biaxial pointing device. Converting from a reference frame to a deflection of the biaxial pointing device in the reference frame of the movable platform.

他の一実施形態では、視線を向けるアジマスポインティングシステムを提供する。ポインティングシステムは、可動プラットフォームに運動可能に結合した2軸ジンバルであって、エレベーションジンバル、アジマスジンバル、及び視線を含む2軸ジンバルとを含む。ポインティングシステムは、前記2軸ジンバルに運動可能に結合し、前記視線の光路に挿入された2軸ポインティングシステムも含む。ポインティングシステムはさらに、前記可動プラットフォームに対する前記アジマスジンバルの角度及びレートを測定するように適応された第1のセンサを含む。ポインティングシステムは、前記視線の慣性運動を測定するように適応された第2のセンサも含む。前記ポインティングシステムはさらに、第1のコマンド信号と第2のコマンド信号とを生成するように適応された一以上のプロセッサを含む。第1のコマンド信号は、前記2軸ポインティングデバイスの偏向を命令し、前記可動プラットフォームの動きによる、前記視線の慣性フレームにおける前記可動プラットフォームの加速の、前記第2のセンサによる測定と、前記アジマスジンバルに対する相対的な目標の動きを表す加速レートコマンドとに基づく。第2のコマンド信号は、前記アジマスジンバルの偏向を命令し、前記第1のコマンド信号に応じた前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記可動プラットフォームの動きによる、前記可動プラットフォームに対する前記アジマスジンバルの加速の、前記第1のセンサによる測定とに基づく。   In another embodiment, an azimuth pointing system that directs line of sight is provided. The pointing system includes a two-axis gimbal movably coupled to a movable platform, including an elevation gimbal, an azimuth gimbal, and a two-axis gimbal that includes a line of sight. The pointing system also includes a two-axis pointing system that is movably coupled to the two-axis gimbal and inserted into the optical path of the line of sight. The pointing system further includes a first sensor adapted to measure the angle and rate of the azimuth gimbal relative to the movable platform. The pointing system also includes a second sensor adapted to measure the inertial movement of the line of sight. The pointing system further includes one or more processors adapted to generate a first command signal and a second command signal. A first command signal commands deflection of the two-axis pointing device, measurement of the acceleration of the movable platform in the inertial frame of the line of sight by movement of the movable platform, measurement of the second sensor, and the azimuth gimbal And an acceleration rate command representing the target movement relative to. A second command signal commands deflection of the azimuth gimbal and acceleration of the azimuth gimbal relative to the movable platform due to deflection of the two-axis pointing device in response to the first command signal and movement of the movable platform Based on the measurement by the first sensor.

別の実施形態では、ポインティングシステムは、次のもののうち一以上を、単体でまたは組み合わせて含んでいてもよい。前記一以上のプロセッサはさらに、前記レートコマンドに基づき前記第2のコマンド信号を生成するように適応されている。前記一以上のプロセッサはさらに、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第3のコマンド信号であって、前記アジマスジンバルの加速と前記第2のコマンド信号とに基づく第3のコマンド信号を生成するように適応されている。前記2軸ポインティングデバイスは、2つの回転軸に対して前記視線をステアリングするように適応された光ビームステアリングデバイスを有する。   In another embodiment, the pointing system may include one or more of the following, alone or in combination. The one or more processors are further adapted to generate the second command signal based on the rate command. The one or more processors are further configured to generate a third command signal that commands deflection of the azimuth gimbal, based on the acceleration of the azimuth gimbal and the second command signal. Have been adapted. The biaxial pointing device comprises a light beam steering device adapted to steer the line of sight about two rotational axes.

一実施形態では、判断オプションを比較するコンピュータ読み取り可能プログラムコードが組み込まれた非一時的コンピュータ読み取り可能媒体を提供する。該コンピュータ読み取り可能プログラムは、命令を含み、該命令は、プロセッサにより実行されたとき、該プロセッサに、アジマスジンバル、エレベーションジンバル、及び視線を有し、可動プラットフォームに運動可能に結合された2軸ジンバルにおいて、可動プラットフォームの運動による、前記プラットフォームに対する、可動プラットフォームの運動及びアジマスジンバルの加速とによる、視線の慣性フレームにおける、可動プラットフォームの加速を測定させ、前記2軸ジンバルに運動可能に結合され、前記視線の光路に配置された2軸ポインティングデバイスの偏向を命じる第1のコマンド信号であって、前記可動プラットフォームの測定された加速と、前記アジマスジンバルに対する相対的な目標の動きとに基づく第1のコマンドを生成させ、前記第1のコマンド信号に応じて前記2軸ポインティングデバイスの偏向を、前記視線慣性フレームにおいて測定させ、 前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記アジマスジンバルの測定された加速とに基づき、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第2のコマンド信号を生成するステップとを実行させる。   In one embodiment, a non-transitory computer readable medium incorporating computer readable program code for comparing decision options is provided. The computer readable program includes instructions that, when executed by a processor, have two axes movably coupled to a movable platform having an azimuth gimbal, an elevation gimbal, and a line of sight on the processor. In the gimbal, the acceleration of the movable platform in the gaze inertial frame due to the movement of the movable platform relative to the platform and the acceleration of the azimuth gimbal due to the movement of the movable platform is measured, and is movably coupled to the two-axis gimbal; A first command signal commanding deflection of a biaxial pointing device disposed in the optical path of the line of sight, the first command signal being based on a measured acceleration of the movable platform and a target movement relative to the azimuth gimbal Frames And the deflection of the biaxial pointing device is measured in the gaze inertia frame in response to the first command signal, the deflection of the biaxial pointing device and the measured acceleration of the azimuth gimbal. And generating a second command signal for instructing the deflection of the azimuth gimbal.

他の実施形態において、コンピュータ読み取り可能媒体はさらに、一以上の命令を含み、該命令は、実行されると、プロセッサに次のもののうち一以上を実行させる。相対的な目標の動きに基づいて第2のコマンド信号を生成する。アジマスジンバルの測定された加速と、第2のコマンド信号に基づいて、アジマスジンバルの偏向を命令する第3のコマンド信号を生成する。第3のコマンド信号に応じて、前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記アジマスジンバルの偏向とに基づき、前記アジマスジンバルの偏向を命令する更新された加速コマンドを生成する。前記アジマスジンバルの加速を、前記可動プラットフォームの基準フレームにおけるアジマスジンバル角に変換し、前記2軸ポインティングデバイスの偏向を、前記2軸ポインティングデバイスの基準フレームから前記可動プラットフォームの基準フレームにおける前記2軸ポインティングデバイスの偏向に変換する。   In other embodiments, the computer-readable medium further includes one or more instructions that, when executed, cause the processor to execute one or more of the following. A second command signal is generated based on the relative target movement. Based on the measured acceleration of the azimuth gimbal and the second command signal, a third command signal is generated that commands deflection of the azimuth gimbal. In response to a third command signal, an updated acceleration command is generated to command deflection of the azimuth gimbal based on the deflection of the biaxial pointing device and the deflection of the azimuth gimbal. The acceleration of the azimuth gimbal is converted into an azimuth gimbal angle at the reference frame of the movable platform, and the deflection of the two-axis pointing device is changed from the reference frame of the two-axis pointing device to the two-axis pointing at the reference frame of the movable platform. Convert to device deflection.

上記やその他の目的、特徴、および利点は、添付した図面に例示した実施形態のより具体的な説明から明らかになるであろう。異なる図面において、同じ参照番号は同じパーツを示している。図面は必ずしも寸法通りではなく、実施形態の原理を例示するに当たり強調した部分もある。
2軸ジンバルポインティングシステムの一実施形態を示す図である。 図2A乃至図2Dは、ジンバルのエレベーションが天頂/天底に向けて動いた時の視線(LOS)ポインティングに向いたジンバルを示す図である。 図3A及び図3Bは、ポインティングシステムにおいて視線安定化に使われる2軸ポインティングデバイスの一実施形態の天底近くの動きを示す図である。 図4A及び図4Bは、2軸ポインティングデバイスと視線安定化するよう設定されたジンバルとの両方を利用する、本開示のポインティングシステムの天底近くの動きを示す図である。 近天底領域外のノミナルアジマスポインティングのための制御システムの一実施形態を示す図である。 近天底アジマスポインティングのための制御システムの一実施形態を示す図である。
These and other objects, features and advantages will become apparent from a more specific description of the embodiments illustrated in the accompanying drawings. In the different drawings, the same reference numbers refer to the same parts. The drawings are not necessarily to scale, and some are emphasized in illustrating the principles of the embodiments.
It is a figure which shows one Embodiment of a biaxial gimbal pointing system. FIGS. 2A-2D are diagrams illustrating a gimbal that is directed toward line of sight (LOS) pointing when the gimbal elevation moves toward the zenith / nadir. 3A and 3B are diagrams illustrating the near-nadir motion of one embodiment of a two-axis pointing device used for line-of-sight stabilization in a pointing system. 4A and 4B are diagrams illustrating near-nadir motion of a pointing system of the present disclosure that utilizes both a biaxial pointing device and a gimbal set to stabilize line of sight. It is a figure which shows one Embodiment of the control system for nominal azimuth | direction pointing out of a near nadir area. It is a figure which shows one Embodiment of the control system for near nadir azimuth pointing.

2軸ジンバルポインティングデバイスが航空機などの移動手段(vehicle)に取り付けられると、外側ジンバルは一般的にヨー軸(yaw axis)に平行に延在する回転軸で方向付けられ、内側ジンバルは一般的に外側ジンバルの回転軸と垂直な回転軸で方向付けられる。このように方向付けられると、外側ジンバルはアジマス方向での回転(すなわち、面内回転)を提供し、内側ジンバルはエレベーション方向での回転(すなわち、面外回転)を提供する。   When a two-axis gimbal pointing device is attached to a vehicle such as an aircraft, the outer gimbal is generally oriented with a rotational axis extending parallel to the yaw axis, and the inner gimbal is generally Oriented with a rotation axis perpendicular to the rotation axis of the outer gimbal. When oriented in this manner, the outer gimbal provides rotation in the azimuth direction (ie, in-plane rotation) and the inner gimbal provides rotation in the elevation direction (ie, out-of-plane rotation).

2軸ジンバルは動いている移動手段に対してLOSを安定化するため慣性センサを用いる。すなわち、所望の目標に対してLOSを正確に向けるため、ジンバルのアジマス及びエレベーションに送られるコマンドは、LOSを所望の目標に向けるのに必要である、移動手段の動きとは独立なジンバル軸の動きと、その移動手段の動きとの両方を考慮しなければならない。例えば、プラットフォームのベース運動に対応して、そのベース運動によるLOSの動きを慣性センサにより測定し、その慣性センサからのフィードバックに基づきジンバル支持(gimbal mount)を調整して、一定のLOSを維持してもよい。   The biaxial gimbal uses an inertial sensor to stabilize the LOS with respect to moving moving means. That is, in order to accurately point the LOS to the desired target, the commands sent to the azimuth and elevation of the gimbal are required to direct the LOS to the desired target and are independent of the movement of the moving means. And the movement of the moving means must be considered. For example, in response to the base movement of the platform, the LOS movement due to the base movement is measured by an inertial sensor, and the gimbal support is adjusted based on feedback from the inertial sensor to maintain a constant LOS. May be.

しかし、2軸ジンバルのアジマス軸性能は、エレベーションが0°からずれるにつれ、悪化する。図2Aに示した例を考える。図2Aはカーテシアン軸(x,y,z)に重ねて球面座標系を示している。z軸は2軸ジンバルのアジマス(Az)回転軸として機能し、y軸は2軸ジンバルのエレベーション(El)回転軸として機能する。LOSはAzおよびElジンバルのそれぞれの軸の周りの動きに基づき方向付けられる。   However, the azimuth axis performance of the biaxial gimbal deteriorates as the elevation deviates from 0 °. Consider the example shown in FIG. 2A. FIG. 2A shows a spherical coordinate system superimposed on the Cartesian axes (x, y, z). The z-axis functions as the azimuth (Az) rotation axis of the biaxial gimbal, and the y-axis functions as the elevation (El) rotation axis of the biaxial gimbal. The LOS is directed based on movement about the respective axes of the Az and El gimbals.

航空機等の移動手段では、ボディピッチ及びロール加速度はエレベーションの制限によりLOSに結びつけられる。エレベーション0°の目標(例えば、目標122)に向けてポインティングするとき(図2B)、LOS慣性センサは、Elにおける運動の自由を可能とするために、エレベーションにかかわらず、エレベーション軸のベアリング及びモーター(エレベーション制御オーソリティ軸)とアライメントされる。対照的に、LOS慣性センサは偏角0°のアジマス軸(制御オーソリティ軸)とアライメントされるだけである。結果として、どんな偏角においても、ベース運動によるエレベーション軸との結合はないが、偏角0°においてのみ、ベース運動によるアジマス軸との結合はない。   In moving means such as an aircraft, body pitch and roll acceleration are linked to LOS due to elevation limitations. When pointing towards a goal of 0 ° elevation (eg, goal 122) (FIG. 2B), the LOS inertial sensor allows the freedom of movement in El, regardless of elevation, of the elevation axis. Aligned with bearing and motor (elevation control authority axis). In contrast, the LOS inertial sensor is only aligned with the azimuth axis (control authority axis) with a 0 ° declination. As a result, there is no coupling with the elevation axis due to the base motion at any declination, but there is no coupling with the azimuth axis due to the base motion only at the declination 0 °.

エレベーション偏角が目標122を追跡して0°から大きくなるにつれ、アジマス制御オーソリティ軸とアジマス慣性フィードバック軸はアライメントがはずれてしまう(図2C)。例えば、偏角45°において、その航空機の前または後から見ると、航空機ボディロール運動の71%は、LOSに結びついている。どちらかの翼から見ると、航空機ボディピッチ運動の71%はそう結びついている。さらに、アジマス制御オーソリティ軸運動の71%だけがアジマスフィードバックセンサ軸に結びついている。俯角が増大するにつれ、アジマスにおける制御オーソリティ結合の喪失、及び航空機ボディロール及びピッチ撹乱が増大し続ける。アジマス慣性レートフィードバックの信号対雑音比(SNR)は、偏角が大きくなるにつれて悪化する。   As the elevation declination follows the target 122 and increases from 0 °, the azimuth control authority axis and the azimuth inertial feedback axis become misaligned (FIG. 2C). For example, at an angle of 45 °, 71% of aircraft body roll motion is associated with LOS when viewed from the front or back of the aircraft. From either wing's perspective, 71% of aircraft body pitch motion is linked. Furthermore, only 71% of the azimuth control authority axis motion is tied to the azimuth feedback sensor axis. As the depression angle increases, the loss of control authority coupling in azimuth and aircraft body roll and pitch disturbances continue to increase. The signal-to-noise ratio (SNR) of azimuth inertia rate feedback deteriorates as the declination increases.

偏角が大きくなるにつれ、アジマスジンバル軸制御を維持するため座標フレーム切り替えが必要な点まで、SNRが悪化する。例えば、アジマス制御要のフィードバックセンスはLOS慣性センサから航空機ボディ基準フレームのセンサに切り替わり、その結果として慣性基準フレーム視線制御が喪失する。目標がジンバルの天底/アジマスに到達したとき、アジマス慣性フィードバック軸とベアリング/モーターペアとは直交する(図2D)。この位置では、アジマスポインティング制御は完全に失われる。アジマス軸の周りの回転ではLOSポインティング方向は変化しないからである(「ジンバルロック」)。   As the declination increases, the SNR deteriorates to the point where coordinate frame switching is necessary to maintain azimuth gimbal axis control. For example, the feedback sense for azimuth control is switched from the LOS inertial sensor to the aircraft body reference frame sensor, resulting in a loss of inertia reference frame line of sight control. When the target reaches the gimbal nadir / azimuth, the azimuth inertial feedback axis and the bearing / motor pair are orthogonal (FIG. 2D). In this position, azimuth pointing control is completely lost. This is because the rotation around the azimuth axis does not change the LOS pointing direction (“gimbal lock”).

ジンバル天底/天頂に近づいたときに慣性ポインティング制御が喪失すると、ポインティング制御に大きな誤差が生じる。結果として、アジマスポインティング制御が非常に制限されているジンバル天底/天頂の周りを中心とする空間ボリューム(例えば、コニカルボリューム)がある。   If the inertial pointing control is lost when approaching the gimbal nadir / zenith, a large error occurs in the pointing control. As a result, there is a spatial volume (eg, conical volume) centered around the gimbal nadir / zenith where azimuth pointing control is very limited.

ジンバル天底/天頂近くにおけるポインティング問題を解決するため、2軸ジンバルシステムであってイメージングセンサまたはビームディレクタの光路に挿入された2軸ビームステアリングミラーを含むものが開発された。このミラーは高速ステアリングミラー(FSM)と呼ばれることもある。その応答性が従来の質量安定化ジンバル軸よりも数倍高速だからである。FSMは2軸ジンバルに結合され、ジンバルセットにより方向付けされ、LOS(「ジンバルLOS」)とともに動くようにされる。図3Aに示したように、FSMはエレベーションジンバル軸とアジマスジンバル軸との両方にアライメントされ、さらにジンバルセットとは独立に、二方向で偏向できる(「FSM偏向」)。LOS慣性センサはFSMにマウントされてもよい。   To solve the gimbal nadir / near-pointing problem, a two-axis gimbal system was developed that included a two-axis beam steering mirror inserted into the optical path of the imaging sensor or beam director. This mirror is sometimes called a fast steering mirror (FSM). This is because the response is several times faster than the conventional mass stabilized gimbal shaft. The FSM is coupled to a biaxial gimbal, oriented by a gimbal set, and moved with a LOS (“Gimbal LOS”). As shown in FIG. 3A, the FSM is aligned with both the elevation and azimuth gimbal axes and can be deflected in two directions independently of the gimbal set (“FSM deflection”). The LOS inertial sensor may be mounted on the FSM.

ジンバルの天頂/天底領域では、アジマスジンバルの慣性ポインティングが失われるので、LOSポインティングはジンバルセットの支援を受けずに、FSMの偏向だけで制御される。それゆえ、ネットLOSは、ジンバル天頂/天底領域に近づいているジンバル運動によるジンバルLOSと、近天頂/天底領域内におけるFSM偏向の制御との和である。例えば、残余誤差すなわちジンバルLOS位置と所望のLOS位置(例えば、目標位置)との間の差分が、FSM偏向を制御する手段(command)として提供されてもよい。アジマス面で見ると(図3B)、FSMはジンバルLOSに対して動き、ネットLOSを実現する。   In the gimbal zenith / nadir region, the inertial pointing of the azimuth gimbal is lost, so LOS pointing is controlled by the FSM deflection alone, without the assistance of the gimbal set. The net LOS is therefore the sum of the gimbal LOS due to the gimbal motion approaching the gimbal zenith / nadir region and the control of the FSM deflection in the near zenith / nadir region. For example, the residual error, i.e., the difference between the gimbal LOS position and the desired LOS position (e.g., the target position) may be provided as a command to control the FSM deflection. When viewed in terms of azimuth (FIG. 3B), the FSM moves relative to the gimbal LOS to implement a net LOS.

しかし、このソリューションはアジマスポインティング制御問題を完全には解決しない。ジンバル天頂/天底付近では、FSMがLOSポインティングを完全に制御し、ジンバルセットの助けは借りない。FSMは有限の偏向範囲を有し、LOSを安定化しようとする時に、移動手段のベース運動により、機械的ストップ(mechanical stops)に行き当たることがある。結果として、あるベース運動(例えば、比較的大きいベース運動)が生じた時、FSMは、これらの機械的制約のため、所望のポインティング(pointing commands)を完全には実行できず、その結果としてLOS安定化がうまく行かないことがある。   However, this solution does not completely solve the azimuth pointing control problem. In the vicinity of the gimbal zenith / nadir, the FSM has full control of LOS pointing and without the help of the gimbal set. The FSM has a finite deflection range, and when trying to stabilize the LOS, the base movement of the moving means may hit a mechanical stop. As a result, when certain base movements (eg, relatively large base movements) occur, the FSM cannot fully perform the desired pointing commands due to these mechanical constraints, resulting in LOS Stabilization may not work.

本開示の実施形態は、2軸ジンバルシステムにおける改良型アジマスポインティング制御のための制御システムと方法論とに関する。例えば、開示の実施形態は近天底エレベーションにおけるアジマス慣性ポインティングを回復し得る。ある条件下では、天底近傍において慣性ポインティングを回復できる。   Embodiments of the present disclosure relate to a control system and methodology for improved azimuth pointing control in a two-axis gimbal system. For example, the disclosed embodiments can recover azimuth inertial pointing in near nadir elevation. Under certain conditions, inertial pointing can be recovered near the nadir.

改良型ポインティングシステムは、可動プラットフォーム(例えば、航空機、陸上型車両、水中型移動手段などの移動手段)にマウントされた2軸エレベーション・アジマス・ジンバルを含んでいてもよい。2軸ポインティングデバイス、例えば高速ステアリングミラー(FSM)などがさらに備えられ、ジンバルセットとは独立に2軸の周りで偏向できる。本システムはさらに、2軸ジンバル及び2軸ポインティングデバイスの動きを測定するように適応されたセンサを含んでも良い。例えば、センサは可動プラットフォームに対する視線の動きを測定する慣性センサを含んでも良い。センサは、可動プラットフォームに対するアジマスジンバルの動きを測定するレートセンサ及び角度センサを含んでもよい。ポインティングシステムはさらに、2軸ジンバルと2軸ポインティングデバイスのそれぞれセンサとモーターと通信する複数のプロセッサを含んでもよい。複数のプロセッサは2軸ジンバルと2軸ポインティングデバイスの動かすコマンドを生成することができる。一実施形態では、改良型ポインティングシステムは、アジマスジンバルに慣性ポインティング制御を回復するため、2軸ポインティングデバイスからのフィードバックを利用する制御プロセスを実装してもよい。図4Aないし図4Bは、ニュートラル位置(ジンバルLOS位置)と機械的範囲とに対するFSMの偏向を示す。2軸ポインティングデバイスが動くと(図4A)、2軸ポインティングデバイスの偏向はジンバルセットを動かすコマンドとして用いることができる。すなわち、ジンバルセットは、FSMにより実現されるネットLOSにできるだけ近くジンバルLOSを動かすように、FSMの偏向に「追従」してもよい。ジンバルセットがFSM偏向に対して動き、FSMの動きが慣性制御されているので、近天底領域においてジンバルセットを制御するこのプロセスは、慣性ポインティング制御をジンバルセットに効果的に戻す。   The improved pointing system may include a two-axis elevation azimuth gimbal mounted on a movable platform (eg, a moving means such as an aircraft, land vehicle, underwater moving means, etc.). A two-axis pointing device, such as a high-speed steering mirror (FSM), is further provided and can be deflected about two axes independently of the gimbal set. The system may further include a sensor adapted to measure movement of the 2-axis gimbal and the 2-axis pointing device. For example, the sensor may include an inertial sensor that measures eye movement relative to the movable platform. The sensors may include rate sensors and angle sensors that measure the movement of the azimuth gimbal relative to the movable platform. The pointing system may further include a plurality of processors in communication with the sensors and motors of the 2-axis gimbal and 2-axis pointing device, respectively. Multiple processors can generate commands to move the 2-axis gimbal and 2-axis pointing device. In one embodiment, the improved pointing system may implement a control process that utilizes feedback from a two-axis pointing device to restore inertial pointing control to the azimuth gimbal. 4A-4B show the FSM deflection with respect to neutral position (gimbal LOS position) and mechanical range. As the biaxial pointing device moves (FIG. 4A), the deflection of the biaxial pointing device can be used as a command to move the gimbal set. That is, the gimbal set may “follow” the FSM deflection to move the gimbal LOS as close as possible to the net LOS realized by the FSM. This process of controlling the gimbal set in the near nadir region effectively returns the inertial pointing control to the gimbal set because the gimbal set moves relative to the FSM deflection and the movement of the FSM is inertial controlled.

2軸ポインティングデバイスのジンバルセットとのこの調整された動きは、2軸ポインティングデバイスを、その運動範囲を制限する機械的限界に達しないように制限する利点も有する。ジンバルLOSがネットLOS位置に向けて動くにつれ(図4B)、FSMはその中心またはニュートラル位置に近づくように動き、FSMはそこからその最大移動距離を動くことができる。結果として、FSMは、FSMが機械的限界に近くに位置している場合より大きなベース運動擾乱に対応することができ、FSMの安定化能力が改善される。   This coordinated movement of the biaxial pointing device with the gimbal set also has the advantage of limiting the biaxial pointing device so that it does not reach the mechanical limits that limit its range of motion. As the gimbal LOS moves toward the net LOS position (FIG. 4B), the FSM moves closer to its center or neutral position, from which the FSM can move its maximum travel distance. As a result, the FSM can accommodate larger base motion disturbances when the FSM is located near the mechanical limit, improving the stabilization capability of the FSM.

さらに、本開示の実施形態は、移動手段のベース運動が限定されている場合に、ちょうど天底を慣性ポインティングしてもよい。例えば、LOS慣性偏向がFSMの動眼視野(field of regard)内に留まる限り、ジンバルセットが動きに追随しなくても、慣性ポインティングは保たれる。   Furthermore, embodiments of the present disclosure may just inertia point the nadir if the base movement of the moving means is limited. For example, as long as the LOS inertial deflection stays within the FSM field of relegation, inertial pointing is maintained even if the gimbal set does not follow movement.

明確にするため、本開示の実施形態を天底及び近天底エレベーションに関して説明してもよい。しかし、言うまでもなく、かかる参照は、必要に応じて、天頂及び近天頂エレベーションにも適用してもよい。   For clarity, embodiments of the present disclosure may be described with respect to nadir and near nadir elevation. However, it will be appreciated that such references may be applied to zenith and near zenith elevations as needed.

ここで図1に戻る。図1は本開示のポインティングシステム100の一実施形態を模式的に示している。システム100は、2軸ジンバル104、2軸ポインティングデバイス112、及び制御システム116を含む。後でより詳しく説明するように、2軸ジンバル104と2軸ポインティングデバイス112の動きは、イメージングデバイス114のLOSを所望の方向(例えば、目標位置122の方向)に向ける、制御システム116から発行されるコマンドにより制御されてもよい。   Returning now to FIG. FIG. 1 schematically illustrates one embodiment of a pointing system 100 of the present disclosure. System 100 includes a two-axis gimbal 104, a two-axis pointing device 112, and a control system 116. As will be described in more detail later, the motion of the biaxial gimbal 104 and the biaxial pointing device 112 is issued from a control system 116 that directs the LOS of the imaging device 114 in a desired direction (eg, in the direction of the target position 122). It may be controlled by a command.

好ましい一実施形態では、イメージングデバイス114は、静止画またはビデオカメラなどの光学的イメージングデバイスである。別の一実施形態では、イメージングデバイス114は、電子光学的送信器(例えば、レーザー)である。しかし、本開示の実施形態は、必要に応じて、単独でまたは組み合わせて、どんな電子光学的送信器または受信器と用いるように適応されてもよい。   In a preferred embodiment, the imaging device 114 is an optical imaging device such as a still image or video camera. In another embodiment, the imaging device 114 is an electro-optic transmitter (eg, a laser). However, embodiments of the present disclosure may be adapted for use with any electro-optic transmitter or receiver, alone or in combination, as desired.

ある実施形態では、プラットフォーム102は、2軸ジンバル104がマウントできる任意の構造であってよい。ある実施形態では、プラットフォーム102は、移動手段(例えば、陸上車両、水性移動手段、航空機など)などの可動プラットフォームである。別の実施形態では、プラットフォーム102は静止プラットフォームであってもよい。   In some embodiments, the platform 102 may be any structure on which the biaxial gimbal 104 can be mounted. In some embodiments, platform 102 is a movable platform such as a moving means (eg, land vehicle, aqueous moving means, aircraft, etc.). In another embodiment, platform 102 may be a stationary platform.

2軸ジンバル104は、2つのジンバルであって一方が他方にマウントされ、直交するピボット軸を有するものを含んでいてもよい。水平を基準面とすると、第1のジンバルは、その回転軸が基準面に垂直である方向を向いていても良い(アジマスジンバル106と呼ぶ)。第2のジンバルはアジマスジンバル106に垂直な方向に向いていても良い(エレベーションジンバル110と呼ぶ)。例えば、図1に示したように、エレベーションジンバル110はアジマスジンバル106にマウントされていてもよい。しかし、別の実施形態では、どんな2軸ジンバルを利用してもよい。2軸ジンバル104は、アジマスジンバル106を介してプラットフォーム102に直接的に結合(例えば、運動学的結合)されていてもよい。イメージングデバイス114は、そのイメージングデバイスのLOS軸を方向付ける2軸ジンバル104にも結合されていてもよい。   The biaxial gimbal 104 may include two gimbals, one mounted on the other and having orthogonal pivot axes. If the horizontal plane is the reference plane, the first gimbal may be oriented in a direction whose rotation axis is perpendicular to the reference plane (referred to as azimuth gimbal 106). The second gimbal may be oriented in a direction perpendicular to the azimuth gimbal 106 (referred to as an elevation gimbal 110). For example, as shown in FIG. 1, the elevation gimbal 110 may be mounted on the azimuth gimbal 106. However, in other embodiments, any two axis gimbal may be utilized. The biaxial gimbal 104 may be directly coupled (eg, kinematically coupled) to the platform 102 via the azimuth gimbal 106. The imaging device 114 may also be coupled to a two-axis gimbal 104 that directs the LOS axis of the imaging device.

2軸ポインティングデバイス112は、2軸に沿った動きによりイメージングデバイス114のLOSのさらなるステアリングを可能とするデバイスであり、2軸ジンバル104とは独立である。例えば、複数のミラー、レンズ、その他のビームステアリングデバイス(図示せず)を利用して、LOSをイメージングデバイス114から2軸ポインティングデバイス112に向けてもよい。一般的に、2軸ポインティングデバイスは、2軸ジンバル104よりも相対的に速い動きができるビームステアリングデバイスである。ある実施形態では、2軸ポインティングデバイス112は高速ステアリングミラー(FSM)である。例えば、2軸ポインティングデバイス112は、通常は平らなベースに平行にマウントされている第1のミラーを含み、第1のミラーがその表面近くの中心点の周りにピボットできるようにしても良い。アクチュエータが、ミラーとベースのエッジの間の垂直な軸のペアにマウントされていてもよい。アクチュエータペアは、2つの直交軸の周りでミラーを回転して、2軸の角度スキャンを可能にするプッシュ・プル運動で駆動されてもよい。別の実施形態では、2軸ポインティングデバイスは、任意タイプの光ビームステアリングデバイス、例えば屈折または反射によるビームステアリングデバイスであってもよい。制御システム116は、複数のセンサと通信する複数のプロセッサを含んでいてもよい。センサの例には、限定ではないが、プラットフォーム及びLOS慣性センサ104Aに参照されるレート及び角度センサ102Aを含んでいてもよい。レート及び角度センサ102Aは、プラットフォーム102に対するアジマスジンバル106のレートと角度の測定値を提供してもよい。例えば、レート及び角度センサ102Aは、レート検出用の回転速度計と角度検出用のレゾルバまたはエンコーダであってもよい。LOS慣性センサ104Aは、LOSの光路中のレンズにマウントされた2軸ジャイロスコープまたは2つの1軸ジャイロスコープであってもよい。センサ102A、104Aはさらに、制御システム116に、検出された動きを表す信号を出力するように適応されていてもよい。   The biaxial pointing device 112 is a device that allows further steering of the LOS of the imaging device 114 by movement along the two axes and is independent of the biaxial gimbal 104. For example, a plurality of mirrors, lenses, or other beam steering devices (not shown) may be utilized to direct the LOS from the imaging device 114 to the two-axis pointing device 112. In general, the biaxial pointing device is a beam steering device that can move relatively faster than the biaxial gimbal 104. In some embodiments, the biaxial pointing device 112 is a fast steering mirror (FSM). For example, the biaxial pointing device 112 may include a first mirror that is normally mounted parallel to a flat base so that the first mirror can pivot about a center point near its surface. An actuator may be mounted on a pair of vertical axes between the mirror and the edge of the base. The actuator pair may be driven with a push-pull motion that rotates the mirror about two orthogonal axes to allow a two-axis angular scan. In another embodiment, the biaxial pointing device may be any type of light beam steering device, for example a beam steering device by refraction or reflection. The control system 116 may include multiple processors that communicate with multiple sensors. Examples of sensors may include, but are not limited to, a rate and angle sensor 102A referenced to the platform and LOS inertial sensor 104A. The rate and angle sensor 102A may provide a rate and angle measurement of the azimuth gimbal 106 relative to the platform 102. For example, the rate and angle sensor 102A may be a rate detecting tachometer and an angle detecting resolver or encoder. The LOS inertial sensor 104A may be a two-axis gyroscope or two one-axis gyroscopes mounted on a lens in the LOS optical path. The sensors 102A, 104A may further be adapted to output a signal representative of the detected motion to the control system 116.

制御システム116は、2軸ジンバル104、2軸ポインティングデバイス112、及びコマンド計算デバイス124と通信してもよい。後でより詳しく説明するように、ポインティングシステム100は、LOS120を目標122にポインティングし続けるために、動いているプラットフォーム102にマウントされたとき、2軸ジンバル104及びプラットフォーム102に対して、プラットフォーム102の動き(underlying motion)及び目標122の任意の相対的な動きに対応するように動かなければならない。   The control system 116 may communicate with the 2-axis gimbal 104, the 2-axis pointing device 112, and the command calculation device 124. As will be described in more detail below, the pointing system 100, relative to the biaxial gimbal 104 and platform 102, when mounted on the moving platform 102, continues to point the LOS 120 to the target 122. It must move to correspond to the unmoving motion and any relative movement of the target 122.

制御システム116は、2軸ジンバルに対する目標122の相対的な動きに追随するように、2軸ジンバル104の動きを命令するコマンド計算デバイス124からコマンドを受信してもよい。しかし、コマンド計算デバイス124からのコマンドは、動いているプラットフォーム102のベース運動を考慮していない。したがって、制御システム116はさらに、センサ102A、104Aから、プラットフォーム102の動き(underlying motion)を反映するフィードバックを受信してもよい。制御システム116は、コマンド計算デバイス124から受信したコマンドと、センサ102A、104Aからのフィードバックとの両方を用いて、2軸ジンバル104と2軸ポインティングデバイス112の運動用の新しいコマンドを生成してもよい。   The control system 116 may receive commands from a command calculation device 124 that commands the movement of the biaxial gimbal 104 to follow the relative movement of the target 122 relative to the biaxial gimbal. However, commands from the command computing device 124 do not take into account the base motion of the moving platform 102. Thus, the control system 116 may further receive feedback from the sensors 102A, 104A that reflects the underlying motion of the platform 102. The control system 116 may generate new commands for movement of the two-axis gimbal 104 and the two-axis pointing device 112 using both commands received from the command calculation device 124 and feedback from the sensors 102A, 104A. Good.

ここで図5を参照する。図5は、エレベーションジンバル110の偏向が天底/近天底領域の外側であるとき、システム100のアジマスポインティングをする、制御システム116により実装される制御プロセス500を示す模式図である。例えば、一実施形態では、制御プロセス500は、エレベーション偏向が約60°より小さい、好ましくは約80°より小さいところで用いられても良い。しかし、言うまでもなく、制御プロセス500が行われるエレベーションジンバルの偏向の厳密な範囲は、アジマス慣性レートフィードバックの信号対雑音比(SNR)に反映されるように、ポインティングシステム100の実装のサーボ調整に依存する。したがって、当業者は、展開ごとに、プロセス500を利用してアジマスポインティング制御のSNRの許容範囲を決定してもよい。   Reference is now made to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a control process 500 implemented by the control system 116 for azimuth pointing of the system 100 when the elevation gimbal 110 deflection is outside the nadir / near nadir region. For example, in one embodiment, the control process 500 may be used where the elevation deflection is less than about 60 °, preferably less than about 80 °. However, it will be appreciated that the exact range of elevation gimbal deflection in which the control process 500 is performed is reflected in the servo adjustment of the implementation of the pointing system 100 as reflected in the signal to noise ratio (SNR) of the azimuth inertial rate feedback. Dependent. Accordingly, those skilled in the art may use process 500 to determine the acceptable range of SNR for azimuth pointing control for each deployment.

制御プロセス500は、ジンバルLOS120に対するプラットフォーム102のベース運動を測定するLOS慣性センサ104Aを利用してもよい。また、制御プロセス500は、コマンド計算デバイス124から相対的な目標の動きを表すコマンドを入力として受け取る。アジマスジンバル106の動きにより、LOS120の相対的に粗い安定が得られ、2軸ポインティングデバイス112の動きにより、LOS120の比較的細かい安定が得られる。   The control process 500 may utilize a LOS inertial sensor 104A that measures the base motion of the platform 102 relative to the gimbal LOS 120. The control process 500 also receives as input a command representing relative target movement from the command computing device 124. The movement of the azimuth gimbal 106 provides a relatively coarse stability of the LOS 120, and the movement of the biaxial pointing device 112 provides a relatively fine stability of the LOS 120.

説明を明確にするため、プロセス500はオペレーション501−507でラベル付けされている。しかし、言うまでもなく、制御プロセス500は制御システム116により行われる連続プロセスであり、特定の開始点や終了点に限定されない。   For clarity of explanation, process 500 is labeled with operations 501-507. However, it will be appreciated that the control process 500 is a continuous process performed by the control system 116 and is not limited to a particular starting point or ending point.

オペレーション501において、プラットフォーム102のベース運動加速が生じる。オペレーション502において、プラットフォーム102のベース運動加速が、プラットフォーム102に運動学的にマウントされた2軸ジンバル104を通して、LOS慣性センサ104Aに結合される。これらのベース運動はLOS120の慣性基準フレームのLOS慣性センサ104Aにトルクを与え、画像の不安定さを生じる。オペレーション503において、LOS慣性センサ104Aは、ジンバルLOS120に対するアジマスフィードバック検知における結合されたベース運動加速を観測する。   In operation 501, a base motion acceleration of the platform 102 occurs. In operation 502, the base motion acceleration of the platform 102 is coupled to the LOS inertial sensor 104A through a two-axis gimbal 104 kinematically mounted on the platform 102. These base motions torque the LOS inertial sensor 104A of the LOS 120 inertial reference frame, causing image instability. In operation 503, LOS inertial sensor 104 </ b> A observes the combined base motion acceleration in azimuth feedback sensing for gimbal LOS 120.

制御プロセッサ116Aはさらに、2軸ジンバル104とプラットフォーム102に対する目標122の動きに追随するようにアジマスジンバル104の動きを命令するコマンド計算システム124から信号を受け取る。例えば、コマンド計算システム124からの信号は、所望センサの視線パンレートの角速度コマンドを含み得る。検知された慣性レートと角速度コマンドに基づき、制御プロセッサ116Aはアジマスジンバル106と2軸ポインティングデバイス112の動きに対する別々のコマンドを生成してもよい。アジマスジンバル106と2軸ポインティングデバイス112のそれぞれに対する動きコマンドを生成するため、第1の制御プロセッサ116Aは、オペレーション504において、LOS慣性センサ104Aのフィードバック検知軸に沿って測定される慣性レートと角速度コマンドを異ならせる慣性誤差信号を生成する。慣性誤差信号は、ジンバルLOS120の現在の測定角速度と、ジンバルLOS120の所望の角速度との差分を表す。慣性誤差信号をできるだけ小さくするため、別のコマンドがアジマスジンバル106と2軸ポインティングデバイス112の両方に提供されてもよい。慣性誤差信号を最小化することにより、所望のLOSと実際のLOSとの間の差分を可能な最大程度小さくする。   The control processor 116A further receives a signal from a command calculation system 124 that commands the movement of the azimuth gimbal 104 to follow the movement of the target 122 relative to the two-axis gimbal 104 and the platform 102. For example, the signal from the command calculation system 124 may include an angular velocity command for the desired sensor's line of sight pan rate. Based on the sensed inertia rate and angular velocity commands, the control processor 116A may generate separate commands for the movement of the azimuth gimbal 106 and the biaxial pointing device 112. To generate a motion command for each of the azimuth gimbal 106 and the two-axis pointing device 112, the first control processor 116A, in operation 504, measures the inertia rate and angular velocity commands measured along the feedback sensing axis of the LOS inertial sensor 104A. Inertial error signals are generated. The inertia error signal represents the difference between the current measured angular velocity of the gimbal LOS 120 and the desired angular velocity of the gimbal LOS 120. Another command may be provided to both the azimuth gimbal 106 and the biaxial pointing device 112 to minimize the inertial error signal. By minimizing the inertia error signal, the difference between the desired LOS and the actual LOS is made as small as possible.

オペレーション504Aにおいて、アジマスジンバル106の動きに対するコマンドは制御プロセッサ116Aにより生成され、アジマスジンバル106と通信するアジマスモーター及びアンプに提供される。アジマスモータートルクコマンドを生成するため、制御プロセッサ116Aは所定の制御規則を適用して、慣性誤差信号を最小化する。例えば、制御規則は比例プラス積分制御であってもよい。受け取ったトルクコマンドに応じて、アジマスモーターとアンプは、制御オーソリティ軸に沿ってアジマスジンバル106を動かし、慣性レート誤差を最小化する。残った残余レート誤差は制御システム116の粗安定化性能を表す。   In operation 504A, commands for movement of the azimuth gimbal 106 are generated by the control processor 116A and provided to the azimuth motor and amplifier in communication with the azimuth gimbal 106. In order to generate the azimuth motor torque command, the control processor 116A applies predetermined control rules to minimize the inertia error signal. For example, the control rule may be proportional plus integral control. In response to the received torque command, the azimuth motor and amplifier move the azimuth gimbal 106 along the control authority axis to minimize the inertia rate error. The remaining residual rate error represents the coarse stabilization performance of the control system 116.

オペレーション506、506Aにおいて、2軸ポインティングシステム112の動きに対するコマンドが生成される。オペレーション506において、制御プロセッサ116Aは、粗慣性レート誤差信号を積分して、この信号を第2の制御プロセッサ116Bに送信する。しかし、積分されたレート誤差信号は2軸ポインティングデバイスの動きに対する入力コマンドとして用いられることは適当ではない。したがって、オペレーション506Aにおいて、制御プロセッサ116Bは、受け取られた積分されたレート誤差に作用して、2軸ポインティングシステム112に適したコマンドを生成し、2軸ポインティングデバイス112に対するコマンドを出力する。例えば、積分されたレート誤差への作用は、位相及び振幅補正、及び2軸ポインティングデバイス112の参照フレームへの回転を含んでも良い。   In operations 506, 506A, commands for movement of the two-axis pointing system 112 are generated. In operation 506, the control processor 116A integrates the coarse inertia rate error signal and sends this signal to the second control processor 116B. However, it is not appropriate for the integrated rate error signal to be used as an input command for the movement of the biaxial pointing device. Accordingly, in operation 506A, the control processor 116B operates on the received integrated rate error to generate a command suitable for the 2-axis pointing system 112 and output a command for the 2-axis pointing device 112. For example, the effect on the integrated rate error may include phase and amplitude correction and rotation of the biaxial pointing device 112 to the reference frame.

制御プロセッサ116Bによるコマンド出力は2軸ポインティングデバイス112により受け取られる。一実施形態では、2軸ポインティングデバイス112は、イメージングデバイス114の光路に挿入された2軸高速ステアリングミラーであってもよい。受け取ったコマンドに応じて、2軸ポインティングデバイス112は、積分された慣性レート誤差にほぼ等しい大きさだけ、反対方向に、イメージングデバイス114の光軸を動的にステアリング(steer)し、LOS慣性誤差をさらに低減してもよい(オペレーション507)。残った残余レート誤差はポインティングシステム100の微細安定化性能を表す。   Command output by the control processor 116B is received by the two-axis pointing device 112. In one embodiment, the biaxial pointing device 112 may be a biaxial fast steering mirror inserted in the optical path of the imaging device 114. In response to the received command, the two-axis pointing device 112 dynamically steers the optical axis of the imaging device 114 in the opposite direction by a magnitude approximately equal to the integrated inertia rate error, resulting in a LOS inertia error. May be further reduced (operation 507). The remaining residual rate error represents the fine stabilization performance of the pointing system 100.

アジマスジンバル106により提供される粗LOS安定化と、2軸ポインティングデバイス112により提供される微細LOS安定化の組み合わせは、図5において記号Σで表すが、一制御ループ後の最終LOS位置を表す。制御プロセス500は、順次オペレーションに関して説明したが、言うまでもなく、粗制御ループ(オペレーション501−505)と微細制御ループ(オペレーション506−507)は、LOS位置制御のため、連続的及び同時に実行されてもよい。   The combination of the coarse LOS stabilization provided by the azimuth gimbal 106 and the fine LOS stabilization provided by the two-axis pointing device 112, represented in FIG. 5 by the symbol Σ, represents the final LOS position after one control loop. Although the control process 500 has been described with respect to sequential operation, it will be appreciated that the coarse control loop (operations 501-505) and the fine control loop (operations 506-507) may be performed sequentially and simultaneously for LOS position control. Good.

ここで図6を参照する。図5は、エレベーションジンバル110の偏向が天底/近天底領域の内側であるとき、システム100のアジマスポインティングをする、制御システム116により実装される制御プロセス600を示す模式図である。上記の通り、制御プロセス600は、LOSポインティングのため、アジマスジンバル106と2軸ポインティングデバイス112を制御するように動作する。しかし、天底/近天底偏向におけるアジマスジンバル106のLOS慣性制御は困難なため、制御プロセス600は、2軸ポインティングデバイス112のポインティング制御のためLOS慣性センサ104Aを利用し、LOS慣性ポインティング制御が維持されるようにできる。しかし、2軸ポインティングデバイス112の移動程度が限定されると、2軸ポインティングデバイス112のみによるLOS120ポインティングの制御は、2軸ポインティングデバイス112がその機械的限界に達し、所望の方向に完全には動けない。   Reference is now made to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a control process 600 implemented by the control system 116 for azimuth pointing of the system 100 when the elevation gimbal 110 deflection is inside the nadir / near nadir region. As described above, the control process 600 operates to control the azimuth gimbal 106 and the biaxial pointing device 112 for LOS pointing. However, since the LOS inertial control of the azimuth gimbal 106 in nadir / near nadir deflection is difficult, the control process 600 uses the LOS inertial sensor 104A for the pointing control of the two-axis pointing device 112, and the LOS inertial pointing control is performed. Can be maintained. However, if the degree of movement of the biaxial pointing device 112 is limited, the control of the LOS 120 pointing by the biaxial pointing device 112 alone will cause the biaxial pointing device 112 to reach its mechanical limit and move completely in the desired direction. Absent.

この困難性を回避するため、プロセス600は、2軸ポインティングデバイス112の出力偏向も利用して、2軸ポインティングデバイス112に追随するようにアジマスジンバル106をさらにステアリングしてもよい。アジマスジンバル106の運動範囲は2軸ポインティングデバイス112よりも非常に大きいので、アジマスジンバル106のこの動きにより、2軸ポインティングデバイス112はその機械的限界に到達しないようにできる。   To avoid this difficulty, the process 600 may also utilize the output deflection of the biaxial pointing device 112 to further steer the azimuth gimbal 106 to follow the biaxial pointing device 112. Since the range of motion of the azimuth gimbal 106 is much greater than that of the two-axis pointing device 112, this movement of the azimuth gimbal 106 prevents the two-axis pointing device 112 from reaching its mechanical limits.

一実施形態では、60°以上、70°以上、80°以上等のエレベーション偏向で制御プロセス600を用いてもよい。しかし、上記の通り、制御プロセス600が行われるエレベーションジンバルの偏向の厳密な範囲は、アジマス慣性レートフィードバックの信号対雑音比(SNR)に反映されるように、ポインティングシステム100の具体的な実装のサーボ調整に依存してもよい。したがって、当業者は、展開ごとに、この方式で制御プロセス600を利用する替わりに、プロセス500を利用してアジマスポインティング制御のSNRの許容できない範囲を決定してもよい。   In one embodiment, the control process 600 may be used with elevation deflections of 60 ° or more, 70 ° or more, 80 ° or more, and the like. However, as described above, the specific implementation of the pointing system 100 is such that the exact range of elevation gimbal deflection in which the control process 600 is performed is reflected in the signal-to-noise ratio (SNR) of the azimuth inertial rate feedback. You may depend on the servo adjustment. Accordingly, those skilled in the art may determine an unacceptable range of SNR for azimuth pointing control using process 500 instead of using control process 600 in this manner for each deployment.

説明を明確にするため、プロセス600はオペレーション601−607でラベル付けされている。しかし、言うまでもなく、制御プロセス600は制御システム116により行われる連続プロセスであり、特定の開始点や終了点に限定されない。   For clarity of explanation, process 600 is labeled with operations 601-607. However, it will be appreciated that the control process 600 is a continuous process performed by the control system 116 and is not limited to a particular starting point or ending point.

ここで、オペレーション601−603及び606−607を参照して、2軸ポインティングデバイス112の動きの制御を説明する。オペレーション601及び602において、上記のオペレーション501、502と同様に、プラットフォーム102の運動中に、プラットフォーム102のベース運動加速が生じる。プラットフォーム102のベース運動加速が、プラットフォーム102に運動可能に(kinematically)マウントされた2軸ジンバル104を通して、LOS慣性センサ104Aに結合される。これらのベース運動はLOS120の慣性基準フレームのLOS慣性センサ104Aにトルクを与え、画像の不安定さを生じる。LOS慣性センサ104Aは、可動プラットフォーム102の動きにより、LOS慣性フレームにおいて、動いているプラットフォーム102の加速を表す、アジマスフィードバック検知軸における結合されたベース運動加速を測定する。   Here, the control of the movement of the biaxial pointing device 112 will be described with reference to operations 601-603 and 606-607. In operations 601 and 602, base motion acceleration of the platform 102 occurs during the motion of the platform 102, similar to the operations 501 and 502 described above. The base motion acceleration of the platform 102 is coupled to the LOS inertial sensor 104A through a two-axis gimbal 104 mounted kinematically on the platform 102. These base motions torque the LOS inertial sensor 104A of the LOS 120 inertial reference frame, causing image instability. The LOS inertial sensor 104A measures the combined base motion acceleration in the azimuth feedback sensing axis that represents the acceleration of the moving platform 102 in the LOS inertia frame due to the movement of the movable platform 102.

オペレーション603において、LOS慣性センサ104Aはさらに、測定された加速度を表す信号を出力する。しかし、プロセス500と対照的に、LOS120慣性センサ104Aにより測定される慣性レートは、アジマスジンバルと通信する制御プロセッサ116Aではなく、2軸ポインティングデバイス112と通信する第3の制御プロセッサ116Cにより受け取られる。制御プロセッサ116Cは、コマンド計算システム124から、2軸ジンバル104に対して目標122の動きに追随するようなポインティングシステム100の動きを命令する信号(例えば、角速度コマンド)を受け取る。例えば、コマンド計算システム124からの信号は、所望センサの視線パンレートの角速度コマンドを含み得る。   In operation 603, the LOS inertial sensor 104A further outputs a signal representative of the measured acceleration. However, in contrast to the process 500, the inertia rate measured by the LOS 120 inertial sensor 104A is received by a third control processor 116C communicating with the two-axis pointing device 112, rather than the control processor 116A communicating with the azimuth gimbal. The control processor 116C receives from the command calculation system 124 a signal (e.g., an angular velocity command) that commands the biaxial gimbal 104 to move the pointing system 100 to follow the movement of the target 122. For example, the signal from the command calculation system 124 may include an angular velocity command for the desired sensor's line of sight pan rate.

オペレーション606において、制御プロセッサ116Cは、2軸ポインティングデバイス112の偏向を命じるコマンド信号を生成し、2軸ポインティングデバイス112に対しコマンドを出力する。コマンド信号は、LOS慣性センサ104Aから受け取った可動プラットフォーム102の測定された加速度と、2軸ジンバル104に対する目標の相対的な運動とに基づく。例えば、制御プロセッサ116Cは、角速度コマンドと、LOS慣性センサ104Aのフィードバック検知軸に沿って測定された慣性レートとの差分を取ることにより、慣性誤差信号を生成する。慣性誤差信号は、2軸ポインティングデバイス112と通信の測定された現在の角速度と、2軸ポインティングデバイス112の所望の角速度との間の差分を表す。2軸ポインティングデバイス112を、慣性誤差信号を最小化するように動かすことにより、所望のLOSと実際のLOSとの間の差分を可能な最大程度小さくする。   In operation 606, the control processor 116C generates a command signal instructing the deflection of the biaxial pointing device 112 and outputs the command to the biaxial pointing device 112. The command signal is based on the measured acceleration of the movable platform 102 received from the LOS inertial sensor 104 </ b> A and the target's relative motion with respect to the biaxial gimbal 104. For example, the control processor 116C generates an inertia error signal by taking the difference between the angular velocity command and the inertia rate measured along the feedback detection axis of the LOS inertial sensor 104A. The inertial error signal represents the difference between the measured current angular velocity of communication with the biaxial pointing device 112 and the desired angular velocity of the biaxial pointing device 112. By moving the biaxial pointing device 112 to minimize the inertial error signal, the difference between the desired LOS and the actual LOS is made as small as possible.

オペレーション506Aを参照して説明したように、制御プロセッサ116Cは、2軸ポインティングシステム112に適したコマンドを生成するため、慣性誤差を積分し、積分した慣性誤差に基づいて動作してもよい。例えば、オペレーションは、位相及び振幅補正、及び2軸ポインティングデバイス112の参照フレームへの回転を含んでも良い。   As described with reference to operation 506A, the control processor 116C may integrate the inertia error and operate based on the integrated inertia error to generate a command suitable for the two-axis pointing system 112. For example, operations may include phase and amplitude correction and rotation of the biaxial pointing device 112 to a reference frame.

制御プロセッサ116Cによるコマンド出力は、2軸ポインティングデバイス112により受け取られる。一実施形態では、2軸ポインティングデバイス112は、イメージングデバイス114の光路に挿入された2軸高速ステアリングミラーであってもよい。受け取ったコマンドに応じて、2軸ポインティングデバイス112は、積分された慣性レート誤差にほぼ等しい大きさだけ、反対方向に、イメージングデバイス114の光軸を動的にステアリング(steer)し、LOS慣性誤差をさらに低減してもよい(オペレーション607)。残った残余レート誤差は2軸ポインティングシステム112の安定化性能を表す。   Command output by the control processor 116C is received by the biaxial pointing device 112. In one embodiment, the biaxial pointing device 112 may be a biaxial fast steering mirror inserted in the optical path of the imaging device 114. In response to the received command, the two-axis pointing device 112 dynamically steers the optical axis of the imaging device 114 in the opposite direction by a magnitude approximately equal to the integrated inertia rate error, resulting in a LOS inertia error. May be further reduced (operation 607). The remaining residual rate error represents the stabilizing performance of the biaxial pointing system 112.

ここでアジマスジンバル106の動きの制御を、オペレーション601−605を参照して説明する。オペレーション601及び602において、上記のオペレーション501、502と同様に、プラットフォーム102の運動中に、プラットフォーム102のベース運動加速が生じる。プラットフォーム102のベース運動加速は、レート及び角センサ102Aに結合される。レート及び角センサ102Aは、可動プラットフォームの動きによる、プラットフォーム102に対するアジマスジンバルの加速度を測定する。センサ102Aはさらに、検知したジンバルレートと、プラットフォーム102に対するアジマスジンバル106の測定された運動から計算したジンバル位置とを出力する。ジンバル位置は制御プロセッサ116Dに提供してもよく、ジンバルレートは制御プロセッサ116Eに提供してもよい。   The control of the movement of the azimuth gimbal 106 will now be described with reference to operations 601-605. In operations 601 and 602, base motion acceleration of the platform 102 occurs during the motion of the platform 102, similar to the operations 501 and 502 described above. The base motion acceleration of the platform 102 is coupled to the rate and angle sensor 102A. The rate and angle sensor 102A measures the acceleration of the azimuth gimbal relative to the platform 102 due to the movement of the movable platform. The sensor 102A further outputs the detected gimbal rate and the gimbal position calculated from the measured motion of the azimuth gimbal 106 relative to the platform 102. The gimbal position may be provided to the control processor 116D and the gimbal rate may be provided to the control processor 116E.

オペレーション604Aにおいて、制御プロセッサ116Dは、アジマスレートコマンドを生成して、このアジマスレートコマンドを制御プロセッサ116Eに出力してもよい。アジマスレートコマンドは、2軸ポインティングデバイスの偏向と、ジンバル角度フィードバックに基づいてもよい。レートコマンドは、アジマスジンバル106の運動を、2軸ポインティングデバイス112の偏向に対応するよう、命令してもよい。結果として、プロセス600は、2軸ポインティングデバイスが機械的限界に到達しないようにしてもよい。   In operation 604A, the control processor 116D may generate an azimuth rate command and output the azimuth rate command to the control processor 116E. The azimuth rate command may be based on biaxial pointing device deflection and gimbal angle feedback. The rate command may command the movement of the azimuth gimbal 106 to correspond to the deflection of the biaxial pointing device 112. As a result, the process 600 may prevent the biaxial pointing device from reaching the mechanical limit.

制御プロセッサ116Dにより出力されるレートコマンドはさらに、制御プロセッサ116Eによる受け取り前に、コマンド計算システム124により出力される角速度コマンドにより修正されてもよい(オペレーション604B)。すなわち、アジマスジンバル106へのコマンド入力は、目標122のアジマスジンバル106に対する相対的な動き、及び2軸ポインティングデバイス112の偏向に基づいていてもよい。このコンポジットコマンドは、制御プロセッサ116Eへの入力であり、2軸ポインティングデバイス112の動き及び目標の動きの両方を考慮してアジマスジンバル106を動かす利点がある。   The rate command output by control processor 116D may be further modified by the angular velocity command output by command calculation system 124 prior to receipt by control processor 116E (operation 604B). That is, the command input to the azimuth gimbal 106 may be based on the relative movement of the target 122 relative to the azimuth gimbal 106 and the deflection of the biaxial pointing device 112. This composite command is an input to the control processor 116E and has the advantage of moving the azimuth gimbal 106 taking into account both the movement of the biaxial pointing device 112 and the target movement.

オペレーション604Bにおいて、アジマスジンバル106の動きに対するコマンドは制御プロセッサ116Eにより生成され、アジマスジンバル106と通信するアジマスモーター及びアンプに提供される。上記の通り、制御プロセッサ116Eはコンポジットコマンド信号とジンバルレートフィードバックとを両方とも受け取る。アジマスモータートルクコマンドを生成するため、制御プロセッサ116Eは、コンポジットレートコマンドのジンバルレートフィードバックとの差分を取り、誤差信号を決定し、さらに所定制御規則を適用して誤差信号を最小化する。例えば、制御規則は比例プラス積分制御であってもよい。受け取ったトルクコマンドに応じて、アジマスモーターとアンプは、制御オーソリティ軸に沿ってアジマスジンバル106を動かし、慣性レート誤差を最小化し、2軸ポインティングデバイス112の機械的移動を最大化する(オペレーション605)。残った残余レート誤差はアジマスジンバル106の安定化性能を表す。   In operation 604B, commands for movement of the azimuth gimbal 106 are generated by the control processor 116E and provided to the azimuth motor and amplifier in communication with the azimuth gimbal 106. As described above, the control processor 116E receives both the composite command signal and the gimbal rate feedback. To generate the azimuth motor torque command, the control processor 116E takes the difference between the composite rate command and the gimbal rate feedback to determine an error signal and further applies a predetermined control rule to minimize the error signal. For example, the control rule may be proportional plus integral control. In response to the received torque command, the azimuth motor and amplifier move the azimuth gimbal 106 along the control authority axis to minimize the inertia rate error and maximize the mechanical movement of the two-axis pointing device 112 (operation 605). . The remaining residual rate error represents the stabilization performance of the azimuth gimbal 106.

アジマスジンバル106と2軸ポインティングデバイス112とにより提供されるLOS安定化の組み合わせは、図6において記号Σで表すが、一制御ループ後の最終LOS位置を表す。制御プロセス600を、順次オペレーションに関して説明したが、言うまでもなく、アジマスジンバル106と2軸ポインティングデバイス112の制御は、LOS位置制御のため、連続的及び同時に実行されてもよい。   The combination of LOS stabilization provided by the azimuth gimbal 106 and the biaxial pointing device 112, represented by the symbol Σ in FIG. 6, represents the final LOS position after one control loop. Although the control process 600 has been described with respect to sequential operation, it will be appreciated that the control of the azimuth gimbal 106 and the two-axis pointing device 112 may be performed sequentially and simultaneously for LOS position control.

上記のシステムと方法は、デジタル電子回路、コンピュータハードウェア、ファームウェア、及び/又はソフトウェアで実装できる。実装はコンピュータプログラム製品としても可能である。実装は、例えば、データ処理装置により実行される、またはその動作を制御する機械読み取り可能記憶デバイスで行うこともできる。実装は、例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、及び/又は複数のコンピュータであってもよい。   The systems and methods described above can be implemented with digital electronic circuitry, computer hardware, firmware, and / or software. Implementation is also possible as a computer program product. Implementation can also be performed, for example, on a machine readable storage device that is executed by or controls the operation of a data processing apparatus. An implementation may be, for example, a programmable processor, a computer, and / or multiple computers.

コンピュータプログラムは、コンパイラ及び/又はインタプリタ言語を含む、どんな形式のプログラミング言語で記述することもできる。コンピュータプログラムは、スタンドアロンプログラムまたはサブルーチン、エレメント、及び/又は計算環境で用いるその他のユニットを含む、どんな形式で展開することもできる。コンピュータプログラムは1つのコンピュータ上で実行しても、一箇所にある複数のコンピュータ上で実行するように展開することもできる。   A computer program can be written in any form of programming language, including a compiler and / or interpreter language. Computer programs can be deployed in any form, including stand-alone programs or subroutines, elements, and / or other units used in a computing environment. The computer program can be executed on one computer or expanded to be executed on a plurality of computers in one place.

方法ステップは、コンピュータプログラムを実行して、入力データに作用して出力を生成することにより本発明の機能を実行する一以上のプログラム可能プロセッサにより実行できる。方法ステップは特定用途論理回路により実行することができ、装置は特定用途論理回路として実装することもできる。回路は、例えば、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)及び/又はASIC(特定用途集積回路)であってもよい。サブルーチンとソフトウェアエージェントは、その機能を実装するコンピュータプログラム、プロセッサ、特殊回路、ソフトウェア、及び/又はハードウェアの一部を指すこともある。   The method steps may be performed by one or more programmable processors that execute the functions of the present invention by executing a computer program and operating on input data to produce output. The method steps can be performed by application specific logic and the device can also be implemented as application specific logic. The circuit may be, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array) and / or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Subroutines and software agents may refer to portions of computer programs, processors, special circuits, software, and / or hardware that implement the functions.

コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例えば、特定目的及び汎用のマイクロプロセッサと、任意種類のデジタルコンピュータの任意一以上のプロセッサとを両方とも含む。一般的に、プロセッサは読み取り専用メモリまたはランダムアクセスメモリから命令またはデータまたはその両方を受け取る。コンピュータの必須要素は、命令を実行するプロセッサと、命令及びデータを記憶する一以上のメモリデバイスである。一般的に、コンピュータは、データを記憶する一以上の大規模ストレージデバイス(例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、または光ディスクなど)を含み、それからデータを受け取り、及び/又はそれにデータを送るように動作可能に結合していてもよい。   Processors suitable for executing computer programs include, for example, both special purpose and general purpose microprocessors and any one or more processors of any type of digital computer. Generally, a processor will receive instructions and / or data from a read-only memory or a random access memory. The essential elements of a computer are a processor that executes instructions and one or more memory devices that store instructions and data. Generally, a computer includes one or more large-scale storage devices (eg, magnetic disks, magneto-optical disks, or optical disks, etc.) that store data, and operate to receive data from and / or send data to it They may be combined as possible.

データ送信と命令は通信ネットワークを介して行われることもできる。コンピュータプログラム命令およびデータを利用するのに適した情報キャリアは、例えば、半導体メモリデバイスを含む、すべての形式の不揮発性メモリを含む。情報キャリアは、例えば、EPROM、EEPROM、フラッシュメモリデバイス、磁気ディスク、内部ハードディスク、リムーバブルディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、及び/又はDVD−ROMディスクであり得る。プロセッサとメモリは特定用途論理回路により補足され、及び/又はそれに組み込まれてもよい。   Data transmission and commanding can also take place via a communication network. Information carriers suitable for utilizing computer program instructions and data include all forms of non-volatile memory including, for example, semiconductor memory devices. The information carrier can be, for example, an EPROM, EEPROM, flash memory device, magnetic disk, internal hard disk, removable disk, magneto-optical disk, CD-ROM, and / or DVD-ROM disk. The processor and memory may be supplemented by and / or incorporated with application specific logic.

ユーザとのインターラクションを提供するため、上記の手法はディスプレイデバイスを有するコンピュータで実装できる。ディスプレイデバイスは、例えば、陰極線管(CRT)及び/又は液晶ディスプレイ(LCD)モニターであってもよい。ユーザとのインターラクションは、例えば、ユーザへの情報のディスプレイと、ユーザがコンピュータに入力をできる(例えば、ユーザインタフェース要素とインターラクトできる)キーボード及びポインティングデバイス(例えば、マウスまたはトラックボール)であり得る。他種類のデバイスを用いてユーザとのインターラクションを提供することもできる。他のデバイスは、例えば、任意形式の感覚的フィードバック(例えば、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、触覚的フィードバックなど)でユーザに提供されるフィードバックであり得る。ユーザからの入力は、例えば、音響的、発話的、及び/又は触覚的入力を含む任意の形式で受け取ることができる。   In order to provide user interaction, the above approach can be implemented on a computer having a display device. The display device may be, for example, a cathode ray tube (CRT) and / or a liquid crystal display (LCD) monitor. The user interaction can be, for example, a display of information to the user and a keyboard and pointing device (eg, a mouse or trackball) that allows the user to input to the computer (eg, interact with user interface elements). . Other types of devices can also be used to provide user interaction. Other devices may be feedback provided to the user, for example, in any form of sensory feedback (eg, visual feedback, audio feedback, tactile feedback, etc.). Input from the user can be received in any form including, for example, acoustic, speech, and / or tactile input.

上記の手法は、バックエンドコンポーネントを含む分散コンピューティングシステムで実装し得る。バックエンドコンポーネントは、例えば、データサーバ、ミドルウェアコンポーネント、及び/又はアプリケーションサーバであってもよい。上記の手法は、フロントエンドコンポーネントを含む分散コンピューティングシステムでも実装し得る。フロントエンドコンポーネントは、例えば、グラフィカルユーザインタフェースを有するクライアントコンピュータ、ユーザが実装例とインターラクトできるウェブブラウザ、及び/又は送信デバイス用のその他のグラフィカルユーザインタフェースであり得る。システムのコンポーネントは、任意形式または媒体のデジタルデータ通信(例えば、通信ネットワーク)により相互接続され得る。通信ネットワークの例は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、インターネット、有線ネットワーク、及び/又は無線ネットワークを含む。   The above approach may be implemented in a distributed computing system that includes a backend component. The backend component may be, for example, a data server, a middleware component, and / or an application server. The above approach may also be implemented in a distributed computing system that includes a front-end component. The front-end component can be, for example, a client computer having a graphical user interface, a web browser that allows the user to interact with the implementation, and / or other graphical user interfaces for the sending device. The components of the system can be interconnected by any form or medium of digital data communication (eg, a communication network). Examples of communication networks include a local area network (LAN), a wide area network (WAN), the Internet, a wired network, and / or a wireless network.

システムはクライアント及びサーバを含み得る。クライアントとサーバは、一般的に、互いに離れており、一般的には通信ネットワークを通してインターラクトする。クライアントとサーバとの関係は、それぞれのコンピュータ上で実行され、互いにクライアント・サーバ関係を有するコンピュータプログラムにより生じる。   The system can include clients and servers. A client and server are generally remote from each other and typically interact through a communication network. The relationship between the client and the server is generated by a computer program that is executed on each computer and has a client-server relationship with each other.

パケットベースネットワークには、例えば、インターネット、キャリアインターネットプロトコル(IP)ネットワーク(例えば、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、キャンパスエリアネットワーク(CAN)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN)、ホームエリアネットワーク(HAN))、プライベートIPネットワーク、IPプライベートブランチエクスチェンジ(IPBX)、無線ネットワーク(例えば、無線アクセスネットワーク(RAN)、802.11ネットワーク、802.16ネットワーク、ジェネラルパケットラジオサービス(GPRS)ネットワーク、HiperLAN)、及び/又はその他のパケットベースネットワークを含み得る。回路ベースネットワークは、例えば、公衆交換電話ネットワーク(PSTN)、プライベートブランチエクスチェンジ(PBX)、無線ネットワーク(例えば、RAN、ブルートゥース(登録商標)、符号分割多重接続(CDMA)ネットワーク、時間分割多重接続(TDMA)ネットワーク、グローバルシステム・フォー・モバイル通信(GSM(登録商標))ネットワーク)、及び/又はその他の回路ベースネットワークを含み得る。   The packet-based network includes, for example, the Internet, a carrier Internet protocol (IP) network (for example, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), a campus area network (CAN), a metropolitan area network (MAN), and a home area. Network (HAN)), private IP network, IP private branch exchange (IPBX), wireless network (eg, radio access network (RAN), 802.11 network, 802.16 network, general packet radio service (GPRS) network, HiperLAN ), And / or other packet-based networks. Circuit-based networks include, for example, public switched telephone networks (PSTN), private branch exchanges (PBX), wireless networks (eg, RAN, Bluetooth®, code division multiple access (CDMA) networks, time division multiple access (TDMA). ) Network, Global System for Mobile Communications (GSM® network), and / or other circuit-based networks.

送信デバイスは、例えば、コンピュータ、ブラウザデバイス付きコンピュータ、電話、IP電話、携帯デバイス(例えば、セルラー電話、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)デバイス、ラップトップコンピュータ、電子メールデバイス)、及び/又はその他の通信デバイスを含み得る。ブラウザデバイスは、例えば、ワールドワイドウェブブラウザ(例えば、マイクロソフト社が出しているマイクロソフト(登録商標)インターネットエクスプローラ(登録商標)、モジラ社が出しているモジラ(登録商標)ファイアフォックスなど)を有するコンピュータ(例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ)を含み得る。携帯計算デバイスは例えばブラックベリー(登録商標)を含む。   The sending device can be, for example, a computer, a computer with a browser device, a telephone, an IP phone, a portable device (eg, a cellular phone, a personal digital assistant (PDA) device, a laptop computer, an email device), and / or other communication device Can be included. The browser device is, for example, a computer having a world wide web browser (for example, Microsoft (registered trademark) Internet Explorer (registered trademark) issued by Microsoft, Mozilla (registered trademark) Firefox issued by Mozilla), or the like. For example, it may include a desktop computer, a laptop computer). The portable computing device includes, for example, Blackberry (registered trademark).

「comprise」、「include」、及び/又はこれらの複数形は、オープンエンドであり、列挙したものを含み、列挙していないものも含み得る。「及び/又は」は、オープンエンドであり、列挙したもののうち一以上、及び列挙したものの組み合わせを含む。   “Comprise”, “include”, and / or their plural forms are open-ended and include those that are listed and may include those that are not. “And / or” is open-ended and includes one or more of the listed and combinations of the listed.

当業者には言うまでもなく、本発明は、その精神や基本的特性から逸脱することなく、その他の具体的な形式で実施できる。上記の実施形態は、すべての点で例示でありここに説明した発明を限定するものではないと考えなければならない。本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付した請求項に記載されており、請求項の意味と均等物の範囲内での変更はすべてその請求項に含まれる。   It will be appreciated by persons skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or basic characteristics thereof. The above embodiments should be considered as illustrative in all points and not restrictive of the invention described herein. The scope of the present invention is described not by the above description but by the appended claims, and all changes that come within the meaning and range of equivalency of the claims are embraced therein.

Claims (16)

視線のアジマスポインティングの方法であって、
アジマスジンバル、エレベーションジンバル、及び視線を有し、可動プラットフォームに運動可能に結合された2軸ジンバルにおいて、
前記可動プラットフォームの動きによる、前記視線の慣性基準フレームにおける前記可動プラットフォームの加速と、
前記可動プラットフォームの動きによる、前記可動プラットフォームに対する前記アジマスジンバルの加速とを測定するステップと、
一以上のプロセッサが、前記2軸ジンバルに運動可能に結合され、前記視線の光路に配置された2軸ポインティングデバイスの偏向を命じる第1のコマンド信号であって、前記可動プラットフォームの測定された加速と、前記アジマスジンバルに対する相対的な目標の動きとに基づく第1のコマンド信号を生成するステップと、
前記第1のコマンド信号に応じて前記2軸ポインティングデバイスの偏向を、前記視線の慣性基準フレームにおいて測定するステップと、
前記一以上のプロセッサが、前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記アジマスジンバルの測定された加速とに基づき、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第2のコマンド信号を生成するステップとを有する、方法。
A method of azimuth pointing of gaze,
In a two-axis gimbal having an azimuth gimbal, an elevation gimbal, and a line of sight and movably coupled to a movable platform,
Acceleration of the movable platform in the gaze inertial reference frame by movement of the movable platform;
Measuring the acceleration of the azimuth gimbal relative to the movable platform due to movement of the movable platform;
A first command signal movably coupled to the two-axis gimbal and commanding a deflection of a two-axis pointing device disposed in the optical path of the line of sight, the measured acceleration of the movable platform If the steps of generating a first command signal based on the relative target dynamic way back for the azimuth gimbal,
Measuring a deflection of the biaxial pointing device in response to the first command signal in an inertial reference frame of the line of sight;
And wherein the one or more processors generate a second command signal that commands deflection of the azimuth gimbal based on the deflection of the biaxial pointing device and the measured acceleration of the azimuth gimbal. .
前記第1のコマンド信号と第2のコマンド信号は、前記エレベーションジンバルが、選択された角度に向いている時に生成される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1 , wherein the first command signal and the second command signal are generated when the elevation gimbal is oriented at a selected angle. 前記第2のコマンド信号を生成するステップはさらに、相対的な目標の動きに基づき前記第2のコマンド信号を生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein generating the second command signal further comprises generating the second command signal based on relative target movement. 前記一以上のプロセッサが、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第3のコマンド信号であって前記アジマスジンバルと前記第2のコマンド信号とに基づく第3のコマンド信号を生成するステップをさらに有し、前記アジマスジンバルが前記第3のコマンド信号の受け取ると、前記アジマスジンバルは前記2軸ポインティングデバイスの偏向の少なくとも一部に対応するように動く、請求項1に記載の方法。   The one or more processors further comprising generating a third command signal that commands deflection of the azimuth gimbal based on the azimuth gimbal and the second command signal; The method of claim 1, wherein when the azimuth gimbal receives the third command signal, the azimuth gimbal moves to correspond to at least a portion of the deflection of the two-axis pointing device. 前記一以上のプロセッサが、前記第3のコマンド信号に応じて、前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記アジマスジンバルの偏向とに基づき更新された相対的目標の動きを生成するステップをさらに有する、請求項4に記載の方法。   The one or more processors further comprising generating an updated relative target motion based on the deflection of the biaxial pointing device and the deflection of the azimuth gimbal in response to the third command signal; The method of claim 4. 前記第1のコマンド信号を生成するステップはさらに、前記可動プラットフォームの加速と、前記目標の加速とを、前記2軸ポインティングデバイスの参照フレームに変換するステップとを有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein generating the first command signal further comprises converting the acceleration of the movable platform and the acceleration of the target into a reference frame of the two-axis pointing device. . 前記第2のコマンド信号を生成するステップはさらに、前記アジマスジンバルの加速を、前記可動プラットフォームの基準フレームにおけるアジマスジンバル角に変換するステップと、前記2軸ポインティングデバイスの偏向を、前記2軸ポインティングデバイスの基準フレームから前記可動プラットフォームの基準フレームにおける前記2軸ポインティングデバイスの偏向に変換するステップとを有する、請求項1に記載の方法。   The step of generating the second command signal further includes converting acceleration of the azimuth gimbal into an azimuth gimbal angle in a reference frame of the movable platform, and deflecting the biaxial pointing device to the biaxial pointing device. Converting from a reference frame to a deflection of the biaxial pointing device in a reference frame of the movable platform. 可動プラットフォームに運動可能に結合した2軸ジンバルであって、エレベーションジンバル、アジマスジンバル、及び視線を含む2軸ジンバルと、
前記2軸ジンバルに運動可能に結合し、前記視線の光路に挿入された2軸ポインティングデバイスと、
前記可動プラットフォームに対する前記アジマスジンバルの角度及びレートを測定するように適応された第1のセンサと、
前記視線の慣性運動を測定するように適応された第2のセンサと、
一以上のプロセッサであって、
前記2軸ポインティングデバイスの偏向を命令する第1のコマンド信号であって、前記可動プラットフォームの動きによる、前記視線の慣性基準フレームにおける前記可動プラットフォームの加速の、前記第2のセンサによる測定と、前記アジマスジンバルに対する相対的な目標の動きとに基づく第1のコマンド信号と、
前記アジマスジンバルの偏向を命令する第2のコマンド信号であって、前記第1のコマンド信号に応じた前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記可動プラットフォームの動きによる、前記可動プラットフォームに対する前記アジマスジンバルの加速の、前記第1のセンサによる測定とに基づく、第2のコマンド信号とを生成するように適応された一以上のプロセッサとを有する、
アジマスポインティングシステム。
A biaxial gimbal movably coupled to a movable platform, including an elevation gimbal, an azimuth gimbal, and a line of sight;
A biaxial pointing device movably coupled to the biaxial gimbal and inserted into the optical path of the line of sight;
A first sensor adapted to measure the angle and rate of the azimuth gimbal relative to the movable platform;
A second sensor adapted to measure inertial movement of the line of sight;
One or more processors,
A first command signal commanding deflection of the biaxial pointing device, wherein the second sensor measures the acceleration of the movable platform in an inertial reference frame of the line of sight due to movement of the movable platform; a first command signal based on the relative target dynamic way back against the azimuth gimbal,
A second command signal commanding deflection of the azimuth gimbal, the deflection of the two-axis pointing device in response to the first command signal, and the movement of the movable platform, and the movement of the movable platform of the azimuth gimbal One or more processors adapted to generate a second command signal based on a measurement of acceleration by the first sensor.
Azimuth pointing system.
前記一以上のプロセッサはさらに、前記アジマスジンバルに対する相対的な目標の動きに基づき前記第2のコマンド信号を生成するように適応されている、請求項8に記載のシステム。 The system of claim 8, wherein the one or more processors are further adapted to generate the second command signal based on a target movement relative to the azimuth gimbal . 前記一以上のプロセッサはさらに、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第3のコマンド信号であって、前記アジマスジンバルの加速と前記第2のコマンド信号とに基づく第3のコマンド信号を生成するように適応されている、請求項9に記載のシステム。   The one or more processors are further configured to generate a third command signal that commands deflection of the azimuth gimbal, based on the acceleration of the azimuth gimbal and the second command signal. The system of claim 9, wherein the system is adapted. 前記2軸ポインティングデバイスは、2つの回転軸に対して前記視線をステアリングするように適応された光ビームステアリングデバイスを有する、
請求項8に記載のシステム。
The biaxial pointing device comprises a light beam steering device adapted to steer the line of sight about two rotational axes;
The system according to claim 8.
プロセッサに、
アジマスジンバル、エレベーションジンバル、及び視線を有し、可動プラットフォームに運動可能に結合された2軸ジンバルにおいて、前記可動プラットフォームの動きによる、前記視線の慣性基準フレームにおける前記可動プラットフォームの加速と、前記可動プラットフォームの動きによる、前記可動プラットフォームに対する前記アジマスジンバルの加速とを測定するステップと、
前記2軸ジンバルに運動可能に結合され、前記視線の光路に配置された2軸ポインティングデバイスの偏向を命じる第1のコマンド信号であって、前記可動プラットフォームの測定された加速と、前記アジマスジンバルに対する相対的な目標の動きとに基づく第1のコマンドを生成するステップと、
前記第1のコマンド信号に応じて前記2軸ポインティングデバイスの偏向を、前記視線の慣性基準フレームに対して測定するステップと、
前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記アジマスジンバルの測定された加速とに基づき、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第2のコマンド信号を生成するステップとを実行させる
コンピュータプログラム。
To the processor,
In a two-axis gimbal having an azimuth gimbal, an elevation gimbal, and a line of sight and movably coupled to the movable platform, the movement of the movable platform causes the acceleration of the movable platform in the inertial reference frame of the line of sight, and the movement Measuring acceleration of the azimuth gimbal relative to the movable platform due to platform movement;
A first command signal movably coupled to the two-axis gimbal and commanding a deflection of a two-axis pointing device disposed in the optical path of the line of sight, the measured command of the movable platform and the azimuth gimbal Generating a first command based on relative target movement;
The deflection of the two-axis pointing device in response to said first command signal, and measuring for the inertial reference frame of the sight,
A deflection of the two-axis pointing device, the based on the measured acceleration of the azimuth gimbal, the azimuth gimbal second command signal computer program for executing the steps of generating for commanding deflection.
前記コンピュータプログラムは、前記プロセッサに、前記相対的な目標の動きに基づき前記第2のコマンド信号を生成させる、
請求項12に記載のコンピュータプログラム
The computer program causes the processor to generate the second command signal based on the relative target movement.
The computer program according to claim 12.
前記コンピュータプログラムは、前記プロセッサに、前記アジマスジンバルの測定された加速と、前記第2のコマンド信号とに基づいて、前記アジマスジンバルの偏向を命令する第3のコマンド信号を生成させる、
請求項12に記載のコンピュータプログラム
The computer program causes the processor to generate a third command signal that commands deflection of the azimuth gimbal based on the measured acceleration of the azimuth gimbal and the second command signal.
The computer program according to claim 12.
前記コンピュータプログラムは、前記第3のコマンド信号に応じて、前記プロセッサに、前記2軸ポインティングデバイスの偏向と、前記アジマスジンバルの偏向とに基づいて、前記アジマスジンバルの偏向を命令する更新された加速コマンドを生成させる、
請求項14に記載のコンピュータプログラム
The computer program updates the acceleration instructing the processor to deflect the azimuth gimbal based on the deflection of the biaxial pointing device and the deflection of the azimuth gimbal in response to the third command signal Command generation,
The computer program according to claim 14.
前記コンピュータプログラムは、前記プロセッサにさらに、前記アジマスジンバルの加速を、前記可動プラットフォームの基準フレームにおけるアジマスジンバル角に変換させ、前記2軸ポインティングデバイスの偏向を、前記2軸ポインティングデバイスの基準フレームから前記可動プラットフォームの基準フレームにおける前記2軸ポインティングデバイスの偏向に変換させる、
請求項12に記載のコンピュータプログラム
The computer program further causes the processor to convert acceleration of the azimuth gimbal into an azimuth gimbal angle in a reference frame of the movable platform, and to deflect deflection of the two-axis pointing device from the reference frame of the two-axis pointing device. Converting the deflection of the biaxial pointing device in a reference frame of a movable platform;
The computer program according to claim 12.
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